(57)【要約】  タングステンを含有する基板を化学機械研磨するためのプロセスは、基板を提供する工程；水、酸化剤、キサンタンガム、ジカルボン酸、鉄イオン源、コロイド状シリカ砥粒、および、任意選択的に、ｐＨ調整剤、任意選択的に、界面活性剤を含有する、研磨組成物を提供する工程；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程；研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程；ならびに、研磨表面上、研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に研磨組成物を分注して、タングステンの少なくとも一部を除去する工程を含む。該プロセスは、静的コロージョン速度を低減し、かつ、タングステンのディッシングおよび下層の誘電体のエロージョンを抑制することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンを化学機械研磨する方法であって：
タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；
初期成分として：
水；
酸化剤；
キサンタンガム；
コロイド状シリカ砥粒；
ジカルボン酸、
鉄（ＩＩＩ）イオン源；および
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、界面活性剤を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；
研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；
化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；
化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注して、タングステンの少なくとも一部を除去する工程とを含む、方法。
【請求項２】
提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
提供される化学機械研磨組成物が、初期成分として：
水；
０．０１〜１０wt%の酸化剤；
５０〜１０００ppmのキサンタンガム；
０．０１〜１０wt%のコロイド状シリカ砥粒；
１〜２，６００ppmのジカルボン酸；
１００〜１，０００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源；および
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、界面活性剤を含み； 
前記酸化剤は過酸化水素であり、
前記鉄（ＩＩＩ）イオン源は硝酸鉄九水和物であり、
化学機械研磨組成物が１〜７のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
提供される化学機械研磨組成物が、初期成分として：
水；
０．１〜５wt%の酸化剤；
２００〜１０００ppmのキサンタンガム；
０．０５〜７．５wt%のコロイド状シリカ砥粒；
１００〜１，４００ppmのジカルボン酸；
１５０〜７５０ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源；および
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤を含み；そして
前記酸化剤は過酸化水素であり、
前記鉄（ＩＩＩ）イオン源は硝酸鉄であり、
化学機械研磨組成物が１．５〜４．５のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
提供される化学機械研磨組成物が、初期成分として：
水；
０．１〜３wt%の酸化剤；
６００〜９００ppmのキサンタンガム；
０．１〜５wt%のコロイド状シリカ砥粒；
１２０〜１，３５０ppmのジカルボン酸；
２００〜５００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源；および
任意選択的に、ｐＨ調整剤；
任意選択的に、アニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤を含み；そして
前記酸化剤は過酸化水素であり、
前記ジカルボン酸はマロン酸であり、
前記鉄（ＩＩＩ）イオン源は硝酸鉄であり、
化学機械研磨組成物が１．５〜３．５のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、下層の誘電体のエロージョン（erosion、浸蝕）を抑制すると共にタングステンのディッシング（dishing）を抑制し、かつ、静的コロージョン(corrosion、腐蝕)速度を低減するための、タングステンの化学機械研磨の分野を対象とする。より具体的には、本発明は、下層の誘電体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度を低減するための、タングステンの化学機械研磨のための方法であって：タングステンを含有する基板を提供する工程；初期成分として：水；酸化剤；キサンタンガム；ジカルボン酸、鉄イオン源；コロイド状シリカ砥粒；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；ならびに、任意選択的に、界面活性剤を含有する、研磨組成物を提供する工程；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程；研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程；ならびに、研磨表面上、研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に研磨組成物を分注する工程によって、タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
集積回路および他の電子デバイスの組立において、導電材料、半導体材料および誘電体材料の複数層が、半導体ウェーハの表面に堆積されるかまたは表面から除去される。導電材料、半導体材料、および誘電体材料の薄層を、いくつかの堆積技術によって堆積することができる。現代の加工における一般的な堆積技術は、スパッタリングとしても知られている物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、および電気化学めっき法（ＥＣＰ）を含む。
【０００３】
材料の層が連続的に堆積および除去されるにつれて、ウェーハの最外部表面は非平面になる。後続の半導体加工処理（例えば、金属被覆）はウェーハが平坦面を有することを要求するため、ウェーハを平坦化する必要がある。平坦化は、粗面、凝集材料、結晶格子の損傷、スクラッチおよび汚染層または汚染材料のような、望ましくない表面形態および表面欠陥を除去するのに有用である。
【０００４】
化学機械平坦化、すなわち化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基板を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハはキャリアアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置内で研磨パッドと接触して配置される。このキャリアアセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力を提供して、ウェーハを研磨パッドに押し付ける。このパッドは、外部駆動力によってウェーハに対して移動（例えば、回転）する。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）その他の研磨溶液が、ウェーハと研磨パッドとの間に提供される。したがって、ウェーハ表面は、パッド表面およびスラリーの化学的および機械的作用によって研磨および平坦化される。
【０００５】
エレクトロニクス産業における基板は高い集積度を有し、半導体基材が相互接続構造の複数層を含む。当該層および構造には多種多様な材料が含まれる。たとえば、単結晶シリコン、多結晶質シリコン、オルトケイ酸テトラエチル、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、タングステン、チタン、窒化チタンその他の種々の他の導電材料、半導体材料および誘電体材料が含まれる。これらの基板は、最終的な多層化相互接続構造を形成するＣＭＰを含めた種々の加工工程を要求するため、意図する用途に応じて、特定の材料に選択的である研磨組成物および加工を利用することが非常に望ましいことが多い。残念ながら、そのような研磨組成物は導電材料の過度なディッシングを引き起こし、絶縁材料のエロージョンに至る恐れがある。そのようなディッシングおよびエロージョンから生じ得る形態的欠陥は、導電体材料または誘電体材料の真下に堆積されるバリア層材料のような更なる材料の基板表面からの不均一な除去をさらに導き、かつ、集積回路の性能に負の影響を与え得る、所望の品質に満たない基板表面の生産に至る恐れがある。
【０００６】
化学機械研磨は、集積回路設計におけるタングステン製の配線およびコンタクトプラグの形成中に、タングステンを研磨するための好ましい方法となっている。タングステンは集積回路設計において、コンタクト／ビアプラグ用に頻繁に使用される。典型的には、コンタクトまたはビアホールは、下層の部品、例えば第一レベルの金属被覆または配線の領域を露出させるために、基板上の誘電体層を通して形成される。残念ながら、タングステンを研磨するために使用される多くのＣＭＰスラリーは、ディッシングの問題を引き起こす。ディッシングの深刻度は様々であり得るが、典型的には、ＴＥＯＳのような下層の誘電体材料のエロージョンを引き起こすのに十分深刻である。
【０００７】
タングステンのような金属の研磨に伴う別の問題が静的コロージョンである。金属の静的コロージョンは、ＣＭＰの一般的な副作用である。ＣＭＰ加工中、基板の表面に残る金属研磨スラリーは、ＣＭＰの効果を超えて基板を浸蝕し続ける。静的コロージョンが望まれるときもあるが、大部分の半導体加工において、静的コロージョンは低減または抑制されるべきである。静的コロージョンはまた、ピッティング（pitting、点蝕）およびキーホーリング（key-holing、鍵穴状浸蝕）のような表面欠陥にも寄与し得る。これらの表面欠陥は、半導体デバイスの最終的性質に大きく影響を及ぼし、その有用性を損なう。それゆえ、タングステンのディッシングおよび下層の誘電体材料（例えば、ＴＥＯＳ）のエロージョンを抑制し、かつ、静的コロージョン速度をも低減する、タングステンのためのＣＭＰ研磨法およびＣＭＰ研磨組成物が求められている。
【０００８】
発明の概要
本発明は、タングステンを化学機械研磨する方法であって：タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；初期成分として：水；酸化剤；キサンタンガム；コロイド状シリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；ならびに、任意選択的に、界面活性剤粒を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
【０００９】
本発明は、タングステンを研磨する化学機械的法であって：タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；初期成分として：水；酸化剤；キサンタンガム；負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；ならびに、任意選択的に、界面活性剤粒を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去され；提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法を提供する。
【００１０】
本発明は、タングステンを研磨する化学機械的法であって：タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；初期成分として：水；酸化剤；少なくとも５０ppmの量のキサンタンガム；負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒；マロン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；ならびに、任意選択的に、界面活性剤粒を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去され；提供される化学機械研磨組成物が、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法を提供する。
【００１１】
本発明は、タングステンを化学機械研磨する方法であって：タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；初期成分として：水；０．０１〜１０wt%の酸化剤（酸化剤は過酸化水素）；５０ppm〜１０００ppmのキサンタンガム；０．０１〜１０wt%の負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒；１００〜１，４００ppmのマロン酸またはその塩；１００〜１，０００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（鉄（ＩＩＩ）イオン源は硝酸鉄九水和物）；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；任意選択的に、界面活性剤を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；（化学機械研磨組成物のｐＨは１〜７）；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
【００１２】
本発明は、タングステンを化学機械研磨する方法であって：タングステンおよび誘電体を含む基板を提供する工程と；初期成分として：水；１〜３wt%の酸化剤（酸化剤は過酸化水素）；６００〜９００ppmのキサンタンガム、０．２〜２wt%の負の表面電荷を有するコロイド状シリカ砥粒；１２０〜１，３５０ppmのマロン酸；２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（鉄（ＩＩＩ）イオン源は硝酸鉄九水和物）；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；ならびに、任意選択的にアニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤を含む、化学機械研磨組成物を提供する工程と；（化学機械研磨組成物のｐＨは２〜２．５）；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
【００１３】
前述の本発明の方法はキサンタンガムを含む、化学機械研磨組成物を使用して、タングステンを研磨し、下層の誘電体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制する。該方法はまた、静的コロージョン速度をも低減する。
【００１４】
発明の詳細な説明
本明細書全体を通して使用される場合、以下の略称は、文脈が別途指示しない限り以下の意味を有する：℃＝摂氏度；ｇ＝グラム；Ｌ＝リットル；mL＝ミリリットル；μ＝μm＝ミクロン；kPa＝キロパスカル；Å＝オングストローム；mV＝ミリボルト；ＤＩ＝脱イオン；ppm＝１００万分の１＝mg/L；mm＝ミリメートル；cm＝センチメートル；min＝分；rpm＝毎分回転数；lb＝ポンド；kg＝キログラム；Ｗ＝タングステン；ＰＯ＝プロピレンオキシド；ＥＯ＝エチレンオキシド；ＩＣＰ−ＯＥＳ＝誘導結合プラズマ発光分光分析法；wt%＝重量パーセント；およびＲＲ＝除去速度。
【００１５】
用語「化学機械研磨」または「ＣＭＰ」は、化学的および機械的な力だけによって基板を研磨するプロセスを指し、基板に電気バイアスが印加される電気機械化学研磨（ＥＣＭＰ）とは区別される。用語「キサンタンガム」は、グルコース、マンノースおよびグルクロン酸を２：２：１のモル比で含む五糖反復単位から構成される窒素不含多糖を意味し、ピルビン酸置換基およびアセチル置換基をさらに含む。用語「カルボキシメチルセルロース」または「ＣＭＣ」は、セルロース鎖のグルコース単位上にカルボキシメチル基が置換されたセルロース誘導体である多糖を意味する。用語「ヒドロキシエチルセルロース」または「ＨＥＣ」は、セルロース鎖のグルコース単位上にヒドロキシエチル基が置換されたセルロース誘導体である多糖を意味する。用語「ＴＥＯＳ」は、オルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）の分解から形成される二酸化ケイ素を意味する。用語「ａ」および「ａｎ」は、単数形と複数形の両方を指す。全ての百分率は、別途指示しない限り重量百分率である。全ての数値範囲は、包含的であり、かつ、そのような数値範囲が論理上合計して１００％になるように制約される場合を除き、あらゆる順序で組み合わせ可能である。
【００１６】
本発明の基板を研磨する方法は、酸化剤；キサンタンガム；コロイド状シリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤、ならびに、任意選択的に、界面活性剤を含有する化学機械研磨組成物を使用して、タングステンのディッシング、下層の誘電体材料のエロージョンを抑制し、静的コロージョン速度を低減しながら、基板表面からのタングステンを除去する。
【００１７】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、基板を提供する工程（基板は、タングステンおよび誘電体を含む）と；初期成分として：水；酸化剤（好ましくは少なくとも０．０１wt%〜１０wt%の量、より好ましくは０．１wt%〜５wt%、さらにより好ましくは１wt%〜３wt%の量）；キサンタンガム（好ましくは少なくとも５０ppm、より好ましくは５０ppm〜１０００ppm、なおより好ましくは２００ppm〜１０００ppm、さらにより好ましくは６００ppm〜９００ppmの量）；コロイド状シリカ砥粒（好ましくは０．０１wt%〜１０wt%、より好ましくは０．０５wt%〜７．５wt%、なおより好ましくは０．１wt%〜５wt%、さらにより好ましくは０．２wt%〜２wt%の量）；ジカルボン酸、その塩またはその混合物（好ましくは１００ppm〜１４００ppm、より好ましくは１２０ppm〜１３５０ppmの量）；鉄（ＩＩＩ）イオン源、好ましくは、硝酸鉄九水和物である鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、任意選択的に、ｐＨ調整剤；（好ましくは、化学機械研磨組成物のｐＨは、１〜７；より好ましくは１．５〜４．５；さらにより好ましくは１．５〜３．５；最も好ましくは２〜２．５）；ならびに、任意選択的に、界面活性剤を含む、好ましくは、それらからなる、化学機械研磨組成物を提供する工程と；研磨表面を有する化学機械研磨パッドを提供する工程と；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程と；化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面またはその近傍に化学機械研磨組成物を分注する工程とを含み；タングステンの少なくとも一部が基板から研磨除去される。
【００１８】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、基板は、タングステンおよび誘電体を含む。より好ましくは、提供される基板は、タングステンおよび誘電体を含む半導体基板である。最も好ましくは、提供される基板は、ＴＥＯＳのような誘電体中に形成されたホール（hole、孔）およびトレンチ（trench、溝）の少なくとも１つ内に堆積されたタングステンを含む半導体基板である。
【００１９】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、初期成分として、提供される化学機械研磨組成物中に含有される水は、付随的不純物を制限するために、脱イオン水および蒸留水の少なくとも１つである。
【００２０】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、酸化剤を含有し、該酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸および他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩、過硫酸塩、過酢酸、過ヨウ素酸塩、硝酸塩、鉄塩、セリウム塩、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ｍｎ（ＩＶ）およびＭｎ（ＶＩ）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。より好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、過塩素酸塩、過臭素酸塩；過ヨウ素酸塩、過硫酸塩および過酢酸から選択される。最も好ましくは、酸化剤は、過酸化水素である。
【００２１】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、０．０１〜１０wt%、より好ましくは０．１〜５wt%；最も好ましくは１〜３wt%の酸化剤を含有する。
【００２２】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。より好ましくは、本発明の方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、鉄（ＩＩＩ）塩からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
【００２３】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、化学機械研磨組成物へ１〜２００ppm、好ましくは５〜１５０ppm、より好ましくは７．５〜１２５ppm、最も好ましくは１０〜１００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオンを導入するのに十分な鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。
【００２４】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、１００〜１，０００ppm、好ましくは１５０〜７５０ppm、より好ましくは２００〜５００ppm、最も好ましくは２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、１００〜１，０００ppm、好ましくは１５０〜７５０ppm、より好ましくは２００〜５００ppm、最も好ましくは２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
【００２５】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、キサンタンガムを含有する。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、少なくとも５０ppm、より好ましくは５０ppm〜１０００ppm、なおより好ましくは２００ppm〜１０００ppm、さらにより好ましくは６００ppm〜９００ppmを含有する。
【００２６】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、永久的な負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒を含有し、化学機械研磨組成物は、１〜７、好ましくは１．５〜４．５；より好ましくは１．５〜３．５；さらにより好ましくは２〜２．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、永久的な負のゼータ電位を有するコロイド状シリカ砥粒を含有し、化学機械研磨組成物は、−０．１mV〜−２０mVのゼータ電位によって示された場合に、１〜７、好ましくは１．５〜４．５；より好ましくは１．５〜３．５；さらにより好ましくは２〜２．５のｐＨを有する。
【００２７】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、コロイド状シリカ砥粒を含有し、コロイド状シリカ砥粒は、動的光散乱技術によって測定した場合に、≦１００nm、好ましくは５〜１００nm；より好ましくは１０〜６０nm；最も好ましくは２０〜６０nmの平均粒径を有する。
【００２８】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、０．０１〜１０wt%、好ましくは０．０５〜７．５wt%、より好ましくは０．１〜５wt%、最も好ましくは０．２〜２wt%のコロイド状シリカ砥粒を含有する。好ましくは、コロイド状シリカ砥粒は、負のゼータ電位を有する。
【００２９】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、該ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、酒石酸、その塩またはその混合物を含むが、これら限定されない。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、該ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、酒石酸、その塩およびその混合物からなる群より選択される。さらにより好ましくは、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、該ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、その塩およびその混合物からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、ジカルボン酸であるマロン酸またはその塩を含有する。
【００３０】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、１〜２，６００ppm、好ましくは１００〜１，４００ppm、より好ましくは１２０〜１，３５０ppm、さらにより好ましくは１３０〜１，１００ppmのジカルボン酸を含有し、該ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、酒石酸、その塩またはその混合物を含むが、これら限定されない。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、１〜２，６００ppmのマロン酸、その塩またはその混合物を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、１００〜１，４００ppm、なおより好ましくは１２０〜１，３５０ppm、さらにより好ましくは１３０〜１，３５０ppmのジカルボン酸であるマロン酸またはその塩を含有する。
【００３１】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、１〜７のｐＨを有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、１．５〜４．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、１．５〜３．５のｐＨを有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、２〜２．５のｐＨを有する。
【００３２】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、任意選択的にｐＨ調整剤を含有する。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機および有機のｐＨ調整剤からなる群より選択される。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機酸および無機塩基からなる群より選択される。より好ましくは、ｐＨ調整剤は、硝酸および水酸化カリウムからなる群より選択される。最も好ましくは、ｐＨ調整剤は、水酸化カリウムである。
【００３３】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、任意選択的に界面活性剤を含有する。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、界面活性剤は、ＰＯまたはＥＯまたはＰＯ／ＥＯを含有する界面活性剤である。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、界面活性剤は、アニオン性官能基を含有するＰＯまたはＥＯまたはＰＯ／ＥＯ界面活性剤である。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、界面活性剤は、式（Ｉ）：
ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏ−ＰＯｘ−ＥＯｙ−ＳＯ３−
［式中、ｎは、１２、１５、１８、２０、２２、２５、２８、３０、３５、３８、４０、４２または４４であることができ；ｘは、０、２、５、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、３０、４０または５０であることができ；そして、ｙは、０、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、８０、９０または１００であることができるが、但し、ｘおよびｙは、同時に０であることができず、そして、対イオンは、好ましくは、ナトリウムカチオンまたはカリウムカチオンのようなアルカリ金属イオン；またはアンモニウムカチオンであることができる］を有するアニオン性エーテル硫酸塩である。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、アニオン性エーテル硫酸塩は、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム（ＳＬＥＳ）である。
【００３４】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、５０ppm〜１０００ppm、好ましくは１００ppm〜９００ppm、より好ましくは１２０ppm〜６００ppm、さらにより好ましくは１４０ppm〜２５０ppmのアニオン性エーテル硫酸塩を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、５０〜１０００ppm、より好ましくは１００ppm〜９００ppm、なおより好ましくは１２０ppm〜６００ppm、さらにより好ましくは１４０ppm〜２５０ppmのアニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤のアルカリ金属塩を含有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、初期成分として、５０ppm〜１０００ppm、好ましくは１００ppm〜９００ppm、より好ましくは１２０ppm〜６００ppm、さらにより好ましくは１４０ppm〜２５０ppmのラウリルエーテル硫酸ナトリウムを含有する。
【００３５】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨パッドは、当技術分野において公知の任意の好適な研磨パッドであることができる。当業者であれば、本発明の方法において使用するための適切な化学機械研磨パッドを選択することに精通している。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨パッドは、織布および不織布研磨パッドから選択される。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨パッドは、ポリウレタン研磨層を含む。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。好ましくは、提供される化学機械研磨パッドは、研磨表面上に少なくとも１つの溝を有する。
【００３６】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、提供される化学機械研磨パッドの研磨表面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面にまたはその近くに分注される。
【００３７】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨パッドと基板との間の界面に、研磨される基板の表面に対して垂直に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触が生み出される。
【００３８】
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minのタングステン除去速度を有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供される化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minのタングステン除去速度；および≧５のＷ／ＴＥＯＳ選択比を有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステンは、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minの除去速度；および５〜１５のＷ／ＴＥＯＳ選択比で基板から除去される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステンは、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２００mm研磨機上、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minの除去速度；およびＷ／ＴＥＯＳ選択比で基板から除去され；そして、化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。
【００３９】
以下の実施例に示すように、本発明のキサンタンガムＣＭＰ法は、下層のＴＥＯＳのエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度をさらに抑制する。
【実施例】
【００４０】
実施例１
スラリー配合物
表１に列挙した量の成分（残部はＤＩ水）を合わせ、４５wt%水酸化カリウムで組成物のｐＨを表１に列挙した最終ｐＨに調整することによって、この実施例の化学機械研磨組成物を調製した。
【００４１】
【表１】
2019537246.tif 000002
【００４２】
実施例２
キサンタンＣＭＰスラリーの静的コロージョン速度性能
Ｗ膜付きウェーハ（１cm×４cm）をスラリー試料１５ｇ中に浸漬することによって静的コロージョン試験を実施した。１０分後、Ｗウェーハを試験スラリーから取り出した。その後、溶液を９，０００rpmで２０分間遠心分離して、スラリー粒子を除去した。上清をＩＣＰ−ＯＥＳによって分析して、タングステンの重量を決定した。４cm2のウェーハ表面積を仮定して、Ｗの質量から静的コロージョン速度（Å/min）を換算した。静的コロージョン試験の結果は表２である。
【００４３】
【表２】
2019537246.tif 000003
【００４４】
静的コロージョン速度試験の結果は、キサンタンガムを含有する化学機械研磨スラリーが、キサンタンガムを除いた対照と対比して、Ｗ含有ウェーハにおける静的コロージョンを効果的に低減したことを示した。
【００４５】
実施例３
スラリー配合物
表３に列挙した量の成分（残部はＤＩ水）を合わせ、４５wt%水酸化カリウムで組成物のｐＨを表３に列挙した最終ｐＨに調整することによって、この実施例の化学機械研磨組成物を調製した。
【００４６】
【表３】
2019537246.tif 000004
【００４７】
実施例４
キサンタンＣＭＰスラリーの静的コロージョン速度抑制性能
上記実施例３からの表３の化学機械研磨スラリーＰＳ−５、ＰＳ−６およびＰＳ−７について、上記実施例２に記載のものと実質的に同じ手順を使用して、タングステンについての静的コロージョン速度を決定した。静的コロージョン速度結果を表４に開示する。
【００４８】
【表４】
2019537246.tif 000005
【００４９】
化学機械研磨スラリーへのラウリルエーテル硫酸ナトリウムアニオン性界面活性剤の添加は、アニオン性界面活性剤なしの化学機械研磨スラリーと比較して、Ｗの静的コロージョン速度を増加させたが、アニオン性界面活性剤をキサンタンガムと組み合わせて含有するスラリーは、それにもかかわらず、キサンタンガムとアニオン性界面活性剤の両方を除いた対照と対比して、Ｗ含有ウェーハにおける静的コロージョンを効果的に低減した。
【００５０】
実施例５
化学機械研磨−キサンタンＣＭＰスラリーのディッシングおよびエロージョン性能
Applied Materialsの２００mm MIRRA（登録商標）研磨機に設置した２００mmの膜付きウェーハ上で研磨実験を実施した。研磨除去速度実験は、Novellusからの２００mmの膜付き１５kÅ厚のＴＥＯＳシートウェーハならびにWaferNet Inc.、Silicon Valley MicroelectronicsまたはSKW Associates, Incから市販されているＷ、Ｔｉ、およびＴｉＮ膜付きウェーハ上で実施した。別途指定しない限り、全ての研磨実験は、SP2310サブパッドと合わせたIC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販）を使用して、２１．４kPa（３．１psi）の典型的なダウンプレッシャー、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、８０rpmのテーブル回転速度および８１rpmのキャリヤ回転速度で実施した。Kinik PDA33A-3ダイアモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから市販）を使用して、研磨パッドを目直しした。研磨パッドを、コンディショナーにより、８０rpm（プラテン）／３６rpm（コンディショナー）で、９．０lb（４．１kg）のダウンフォースを使用して１５分間、７．０lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して１５分間、使い慣らした。研磨の前に、７lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、研磨パッドを現場以外で（ex situ）、さらにコンディショニングした。研磨の前後でKLA-Tencor FX200計測ツールを使用して膜厚さを測定することによって、ＴＥＯＳエロージョン深さを決定した。KLA-Tencor RS100C計測ツールを使用してＷ除去およびディッシング速度を決定した。ウェーハは、表５Ａおよび５Ｂに示すような様々な標準ライン幅形状を有していた。この実施例の表中、分子はＷを指し、分母はＴＥＯＳを指す。
【００５１】
【表５】
2019537246.tif 000006
【００５２】
【表６】
2019537246.tif 000007
【００５３】
キサンタンガムを含有する７種のスラリーのうち、５種が、キサンタンガムおよびラウリルエーテル硫酸ナトリウムアニオン性界面活性剤を除いた対照スラリーと対比して、ＴＥＯＳエロージョンの抑制と共にＷディッシングの改善された抑制を示した。
【００５４】
実施例６（比較）
比較スラリー配合物
表６に列挙した量の成分（残部はＤＩ水）を合わせ、４５wt%水酸化カリウムで組成物のｐＨを表６に列挙した最終ｐＨに調整することによって、この実施例の化学機械研磨組成物を調製した。
【００５５】
【表７】
2019537246.tif 000008
【００５６】
実施例７（比較）
化学機械研磨−ＣＭＣおよびＨＥＣ  ＣＭＰスラリーのディッシングおよびエロージョン性能
比較スラリー配合物：ＣＳ−１、ＣＳ−２、ＣＳ−３およびＣＳ−４についての、化学機械研磨の工程、パラメーターならびにＷおよびＴＥＯＳのディッシングおよびエロージョンを試験するためのＷおよびＴＥＯＳウェーハ基板は、上記実施例５に記載したものと実質的に同じであった。結果を表７Ａおよび７Ｂに開示する。この実施例の表中、分子はＷを指し、分母はＴＥＯＳを指す。
【００５７】
【表８】
2019537246.tif 000009
【００５８】
【表９】
2019537246.tif 000010
【００５９】
ＨＥＣを含んだＣＳ−１からデータは得られなかった。ＣＳ−１についていかなるエッチング活性の兆候もなかったためである。加えて、５０ppmを超える量にＨＥＣを増加させたとき、ＨＥＣが析出した。このことは、スラリーの他の成分の１以上とは適合しないことを示唆している。
【００６０】
対照および実施例５における本発明のキサンタンスラリーと比較して、比較スラリーの大部分は低いＷディッシング抑制を示し、ＴＥＯＳエロージョンは大部分の場合で顕著であった。したがって、本発明のキサンタンを含有するスラリーでは許容し得るＴＥＯＳエロージョン抑制と共にＷディッシングの抑制を提供できたが、ＣＭＣを含有する比較スラリーでは、許容し得るＴＥＯＳエロージョン抑制と共にＷディッシングの抑制を提供できなかった。
【００６１】
実施例８
Ｗ、ＴＥＯＳ除去速度およびＷ、ＴＥＯＳ最大研磨温度
ＷおよびＴＥＯＳ除去速度についての研磨実験は、実質的に実施例５に記載の通り、同じ装置およびパラメーターを使用して実施した。ウェーハは、WaferNet Inc.、またはSilicon Valley Microelectronicsのものであった。結果は表８である。
【００６２】
【表１０】
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【００６３】
本発明のキサンタンガム化学機械研磨組成物は、１０００Å/minを超える良好なＷ  ＲＲおよび良好なＷ／ＴＥＯＳ選択比を示した。
【国際調査報告】
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